本发明专利技术公开了一种基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，首先进行地质调查，结合束管监测、光纤测温监测结果，综合分析后圈定疑似自燃区，为瞬变电磁法探测提供目标靶区；在圈定的目标靶区上方，铺设正方形发射回线，并供以方波电流；在供电期间，采用瞬变电磁仪进行全波形数据采集；将瞬变电磁全波形数据分解为关断前的一次场数据和关断后的二次场数据，对一次场数据进行磁化率反演以获取地下介质的磁化率分布；以磁化率分布为先验信息，对二次场数据进行电阻率反演以获取电阻率分布；对磁化率和电阻率分布情况进行综合分析，进而判断深部煤层自燃区的平面及深度范围。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿井防火安全方法领域，特别涉及一种基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法。
技术介绍
1、易自燃或自燃煤层在我国分布广泛，截至2020年底，开采易自燃、自燃煤层的井工矿占比为58.2％。自燃火灾潜在危险性大，且易引起粉尘、瓦斯爆炸等次生灾害，已成为煤矿主要灾害之一。《煤矿防灭火细则》规定煤矿防灭火工作必须坚持“预防为主、早期预警、因地制宜、综合治理”的原则，实现煤矿火灾防治由被动治理向主动预防转变。因此，实现煤层自燃区精确探测对防灭火工程具有重要的现实意义。
2、近距离煤层群的上下煤层之间间距较小，下部煤层开采时对上覆地层的影响较大，易引起顶部岩层产生冒落带、裂隙带，产生大量裂隙甚至贯通地表，使得冒落带和裂隙带中的裂隙成为空气渗流的主要通道，对多煤层采空区供氧充分，易引起多煤层自燃。现有技术在探测多煤层自燃区时，不易分辨具体是哪个深度的煤层发生自燃，进而导致无法精准得知地下自燃区的情况，造成安全隐患。因此，围绕深部近距离多煤层自燃区范围及深度探测需要进一步开展研究意义重大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，以解决现有技术中无法精准探测地下自燃区的深度，造成安全隐患的问题。
2、为了解决上述方法问题，本专利技术采用如下方法方案予以实现：
3、一种基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
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p>4、步骤1，收集待探测区域的煤层自燃发火标志性气体成分数据和每种气体对应的温度数据。5、步骤2，根据煤层自燃发火标志气体及每种气体对应的临界值和多级信息融合的火灾预警模型判断高温自燃区分布位置，将该位置定为目标靶区。
6、步骤3，在目标靶区上方的地表区域铺设发射源，对发射源施加方波电流，形成正方形发射回线，进而在地下形成对应的磁场；使用瞬变电磁仪在正方形发射回线内部采集磁场全波形数据。
7、步骤4，将采集到的磁场全波形数据进行数据分离，获得一次场数据和二次场数据。
8、步骤5，对一次场数据进行磁化率反演获取地下介质的磁化率分布信息；将磁化率分布信息作为约束条件，对二次场数据进行电阻率约束反演，获取地下介质的电阻率分布情况。
9、步骤6，利用地下介质的磁化率和电阻率分布情况确定深部煤层自燃区的平面及深度范围。
10、本专利技术还具有以下特征：
11、进一步地，步骤1的具体操作是：采集待探测区域的煤岩样品，采用气相色谱法获取煤层自燃各阶段的自燃发火标志性气体成分数据和每种气体对应的温度。
12、进一步地，步骤2的具体操作是：将束管监测的气体成分数据和光纤监测的温度数据，带入多级信息融合的火灾预警信息模型，获取工作面的煤层自燃情况，综合分析后圈定煤层自燃区探测靶区。
13、进一步地，步骤3中，根据地质任务需要的探测深度，在目标靶区上方的地表区域铺设发射源；
14、对该发射源施加持续时间不小于10ms、电流不小于15a的方波电流，所形成的正方形发射回线边长为探测深度的2倍。
15、进一步地，步骤3中，所述的瞬变电磁仪在正方形发射回线内中部1/9面积范围内采集磁场全波形数据；
16、所述的瞬变电磁仪的采集密度为(5～20)m×(5～20)m。
17、进一步地，所述的步骤4包括以下分步骤：
18、步骤41，在方波电流稳定的时间段内，根据发射源的发射频率和瞬变电磁仪采样率，将采集的磁场全波形数据分为多个周期。
19、步骤42，在所有周期内寻找最大幅值，将最大幅值所在位置之前的数据确定为稳定磁场数据，该位置加1/4周期为下降沿对应的衰减电压数据。
20、步骤43，将所有周期的数据叠加形成单测点衰减电压数据，利用积分抽道得到抽样道数衰减曲线，进而将全波形数据分离为一次场数据和二次场数据。
21、进一步地，所述的步骤5包括以下分步骤：
22、步骤51，使用下式，对一次场数据进行正演；
23、d＝gk
24、其中，d表示一次场数据矢量；
25、g表示灵敏度矩阵，包含模型中每个单元与每个数据之间的物理关系；
26、k表示模型的磁化率，k＝(k1,k2,…,km)t；m表示模型的数量；
27、步骤52，将磁化率作为约束条件，使用tikhonov正则化方法对一次场数据进行反演，得到磁化率分布信息：
28、
29、bl≤k≤bu
30、其中，表示目标函数；
31、表示数据拟合函数；
32、表示模型目标函数；
33、β表示正则化参数；
34、bl和bu分别表示模型值的上限和下限；
35、步骤53，将磁化率分布信息作为先验信息加入二次场数据电阻率反演中；将数据拟合方程和磁化率约束方程进行合成，形成加权约束反演方程，获取地下介质的电阻率分布情况，表达式如下：
36、
37、其中，pdata表示拟合项平衡因子；
38、prμ表示约束项对应的平衡因子；
39、g表示雅可比矩阵；
40、rμ表示地层磁导率横向约束矩阵；
41、δm表示模型修正量；
42、δdobs表示拟合残差；
43、δrμ为磁化率拟合残差；
44、eobs表示拟合项的允许误差；
45、erμ表示横向约束的允许误差。
46、进一步地，所述的步骤53中，先将回线源剖分为许多个电偶极子，计算各个电偶极子激励产生的频率域响应并进行矢量叠加，得到大回线源层状介质任意位置的频率域响应，使用下式得到时间域响应：
47、
48、
49、其中，
50、ki2＝-iωμiσi；
51、m表示电偶极子的数量；
52、σi表示第i层电导率；
53、μi表示第i层磁导率；
54、hi表示第i层厚度；
55、表示第j个电偶极子与测点的夹角；
56、rj表示测点与第j个电偶极子的距离；
57、表示第j个电偶极子的磁矩。
58、进一步地，所述的步骤6中，通过评估磁性和电性在区分自燃区地质单元方面的分布特征。
59、基于k-mean聚类算法对磁化率和电阻率数据进行分组，生成煤层自燃区的地质成果图，进而获得自燃区平面和深度。
60、本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
61、本专利技术的基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，首先进行地质调查，结合束管监测、光纤测温监测结果，综合分析后圈定疑似自燃区，为瞬变电磁法探测提供目标靶区；在圈定的目标靶区上方，铺设正方本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，步骤1的具体操作是：采集待探测区域的煤岩样品，采用气相色谱法获取煤层自燃各阶段的自燃发火标志性气体成分数据和每种气体对应的温度。
3.如权利要求1所述的基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，步骤2的具体操作是：将束管监测的气体成分数据和光纤监测的温度数据，带入多级信息融合的火灾预警信息模型，获取工作面的煤层自燃情况，综合分析后圈定煤层自燃区探测靶区。
4.如权利要求1所述的基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，步骤3中，根据地质任务需要的探测深度，在目标靶区上方的地表区域铺设发射源；
5.如权利要求3所述的基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，步骤3中，所述的瞬变电磁仪在正方形发射回线内中部1/9面积范围内采集磁场全波形数据；
6.如权利要求1所述的基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，所述的步骤4包括以下分步骤：
7.如权利要求1所述的基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，所述的步骤5包括以下分步骤：
8.如权利要求7所述的基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，所述的步骤53中，先将回线源剖分为许多个电偶极子，计算各个电偶极子激励产生的频率域响应并进行矢量叠加，得到大回线源层状介质任意位置的频率域响应，使用下式得到时间域响应：
9.如权利要求1所述的一种基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，所述的步骤6中，通过评估磁性和电性在区分自燃区地质单元方面的分布特征。
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【技术特征摘要】
1.一种基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，步骤1的具体操作是：采集待探测区域的煤岩样品，采用气相色谱法获取煤层自燃各阶段的自燃发火标志性气体成分数据和每种气体对应的温度。
3.如权利要求1所述的基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，步骤2的具体操作是：将束管监测的气体成分数据和光纤监测的温度数据，带入多级信息融合的火灾预警信息模型，获取工作面的煤层自燃情况，综合分析后圈定煤层自燃区探测靶区。
4.如权利要求1所述的基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合反演的深部自燃区探测方法，其特征在于，步骤3中，根据地质任务需要的探测深度，在目标靶区上方的地表区域铺设发射源；
5.如权利要求3所述的基于瞬变电磁法全波形数据多参数联合...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭建磊，高小伟，李雄伟，侯彦威，姜涛，薛可沁，宁辉，姚伟华，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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